GFHDT: 基因影響超越個體的腸道微生物組
基因影響超越個體的腸道微生物組
10 Mar 2026 at 03:09am
加州大學聖地牙哥分校 2025年12月19日
腸道微生物組——由消化道中數萬億微生物組成——對消化和整體健康至關重要。 飲食和藥物塑造了這些微生物生態系統，但遺傳因素的貢獻一直較難確定。 現在，一項關於大鼠的新研究——作為理解人類腸道的模式生物——發現大鼠腸道微生物組的組成不僅受大鼠自身基因的影響，還受到與其共同生活的其他大鼠基因的影響。
這一發現揭示了基因和社會互動相互交織的新方式：通過在個體間移動的共生腸道微生物的交換。 這些發現有助於闡明基因和微生物組在人類疾病中如何相互作用。 這項由加州大學聖地牙哥分校和巴塞羅那基因組調控中心（Centre for Genomic Regulation）研究人員領導的研究於2025年12月18日發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。
在人類中，只有兩個基因被可靠地與腸道細菌聯繫起來：乳糖酶基因，它影響消化牛奶的微生物並決定成年人是否能消化牛奶; 以及ABO血型基因，它通過未知機制影響微生物。 可能存在更多的基因-微生物關聯，但一直難以區分。
為了更好地理解基因如何塑造微生物組，研究人員轉向了大鼠，大鼠共用許多哺乳動物生物學特徵，但可以在受控條件下飼養。
“生活在它們腸道中的微生物相似但並不完全相同，”加州大學聖地牙哥分校醫學院精神病學系基礎研究副主任、合著者亞伯拉罕帕爾默（Abraham Palmer）博士說。
結合來自4000隻基因獨特大鼠的遺傳和微生物組數據——這些大鼠來自美國不同設施的四個佇列——使研究人員能夠測試哪些遺傳效應在不同環境中保持一致。
“我們感興趣的是知道這些動物的遺傳變異性是否會對其腸道中的微生物產生影響。 這是一個很好的機會，因為所有動物都吃相同的食物，所以我們不必擔心基因通過食物選擇影響其微生物組等問題。 這是一個更簡單的系統。 "
亞伯拉罕帕爾默（Abraham Palmer）博士，加州大學聖地牙哥分香港龍城大藥房全部商品香港龍城大藥房必買商品香港龍城中西大藥房香港龍城藥房線上訂購香港龍城暢銷商品關於香港龍城大藥房香港龍城大藥房獨家資訊香港龍城大藥房折扣香港龍城大藥房配送方式校醫學院精神病學系基礎研究副主任
研究團隊發現了三個遺傳區域，儘管四個佇列的飼養條件不同，這些區域持續影響著腸道細菌。 最強的關聯是St6galnac1基因（該基因向腸道黏液添加糖分子）與副普雷沃菌（Paraprevotella）（一種以這些糖為食的細菌）豐度之間的關聯。 這一關聯在所有四個佇列中都被發現。
第二個區域包含形成保護性黏液層的幾個基因，與厚壁菌門（Firmicutes）細菌相關。 第三個區域包括Pip基因（編碼抗菌肽）以及與鼠桿菌科（Muribaculaceae）（一種在啮齒動物和人類中都常見的細菌家族）相關。
基因的社會生活
儘管基因不會在個體間跳躍，但微生物可以。 研究發現，某些基因有利於特定的腸道細菌，這些細菌可以通過密切的社會接觸傳播。
“這是遺傳影響通過社會接觸溢出到他人的結果，”資深作者、基因組調控中心研究員阿梅莉博德（Amelie Baud）博士說。 “基因塑造腸道微生物組，我們發現重要的不僅僅是我們自己的基因。”
這項大規模研究使研究人員能夠估計每隻大鼠的微生物組有多少是由其自身基因解釋的，又有多少是由其籠友的基因解釋的。
這種現象的一個經典例子被稱為「間接遺傳效應」，即母親的基因通過她提供的環境塑造其後代的生長或免疫系統。
該研究的受控條件使研究人員能夠通過建立計算模型，將對個體微生物的直接影響與社會夥伴施加的間接影響分開，以一種全新的方式研究這些效應。
“由於本研究中的大鼠被分配給隨機的社會夥伴，我們消除了在人類中會遇到的所有問題，因為人類在很大程度上會選擇自己的社會夥伴，”帕爾默說。
研究人員發現，某些鼠桿菌科（Muribaculaceae）物種的豐度是由通過微生物交換在社會上傳播的遺傳效應塑造的。
考慮到這些間接的社會效應，在模型中，對於三個新發現的基因-微生物關聯，總遺傳影響增加了四到八倍。
“我們可能只發現了冰山一角，”博德指出，隨著分析方法的改進，可能會識別出更多的微生物。
對人類健康的啟示
通過證明遺傳影響可以與腸道微生物傳播相結合，這項工作揭示了一種新機制，即一個個體的遺傳可以波及整個社會群體，改變其他個體的生物學特性而不改變其DNA。 鑒於越來越多的證據表明腸道微生物組在健康中起著重要作用，如果在人類中發現類似效應，可能意味著過去的研究可能嚴重低估了基因對疾病風險的影響。
“儘管人類的細節與我們在大鼠中發現的不同，但這項研究指明瞭理解宿主和微生物基因如何共同作用產生微生物組參與的複雜疾病的機制的方向，這些疾病範圍從心血管疾病到肥胖再到阿爾茨海默病，”合著者、加州大學聖地牙哥分校兒科、生物工程和計算機科學與工程學系教授、微生物組創新中心主任羅布奈特（Rob Knight）博士說。
該研究的其他合著者包括：UCSD的
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鄧輝陳（Denghui Chen）、安東尼奧岡薩雷斯（Antonio Gonzalez）、托馬茲科西奧萊克（Tomasz Kosciolek）和奧克薩娜波列斯卡婭（Oksana Polesskaya）; 巴塞羅那科學技術研究所和龐佩烏法布拉大學（Universitat Pompeu Fabra）基因組調控中心的海倫通內勒（Helene Tonnele）; 龐佩烏法布拉大學的費利佩莫裡略（Felipe Morillo）、豪爾赫加西亞-卡列哈（Jorge Garcia-Calleja）和埃琳娜博什（Elena Bosch）; 格羅寧根大學的瑪律克揚邦德（Marc Jan Bonder）; 布法羅大學的安東尼 M喬治（Anthony M. George）、凱塔石岩（Keita Ishiwari）、康納 D馬丁（Connor D. Martin）、克裡斯托弗 P金（Christopher P. King）、喬丹 A特裡皮（Jordan A. Tripi）和傑里 B理查茲（Jerry B. Richards）; 田納西大學健康科學中心的文燕韓（Wenyan Han）、安吉爾加西亞馬丁內斯（Angel Garcia Martinez）、滕飛王（Tengfei Wang）和郝晨（Hao Chen）; 威斯康星醫學院的凱蒂霍爾（Katie Holl）; 密歇根大學的艾丹霍瓦特（Aidan Horvath）、亞歷山大 CC蘭帕雷利（Alexander C. C. Lamparelli）、特裡 E羅賓遜（Terry E. Robinson）、謝莉 B弗拉格爾（Shelly B. Flagel）和保羅 J邁耶（Paul J. Meyer）; 休斯頓大學的彼得 A多裡斯（Peter A. Doris）; 海德堡歐洲分子生物學實驗室的奧利弗斯特格勒（Oliver Stegle）; 以及維克森林大學醫學院的莉婭 C索爾伯格伍茲（Leah C. Solberg Woods）。
腸道微生物組——由消化道中數萬億微生物組成——對消化和整體健康至關重要。 飲食和藥物塑造了這些微生物生態系統，但遺傳因素的貢獻一直較難確定。 現在，一項關於大鼠的新研究——作為理解人類腸道的模式生物——發現大鼠腸道微生物組的組成不僅受大鼠自身基因的影響，還受到與其共同生活的其他大鼠基因的影響。
這一發現揭示了基因和社會互動相互交織的新方式：通過在個體間移動的共生腸道微生物的交換。 這些發現有助於闡明基因和微生物組在人類疾病中如何相互作用。 這項由加州大學聖地牙哥分校和巴塞羅那基因組調控中心（Centre for Genomic Regulation）研究人員領導的研究於2025年12月18日發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。
在人類中，只有兩個基因被可靠地與腸道細菌聯繫起來：乳糖酶基因，它影響消化牛奶的微生物並決定成年人是否能消化牛奶; 以及ABO血型基因，它通過未知機制影響微生物。 可能存在更多的基因-微生物關聯，但一直難以區分。
為了更好地理解基因如何塑造微生物組，研究人員轉向了大鼠，大鼠共用許多哺乳動物生物學特徵，但可以在受控條件下飼養。
“生活在它們腸道中的微生物相似但並不完全相同，”加州大學聖地牙哥分校醫學院精神病學系基礎研究副主任、合著者亞伯拉罕帕爾默（Abraham Palmer）博士說。
結合來自4000隻基因獨特大鼠的遺傳和微生物組數據——這些大鼠來自美國不同設施的四個佇列——使研究人員能夠測試哪些遺傳效應在不同環境中保持一致。
“我們感興趣的是知道這些動物的遺傳變異性是否會對其腸道中的微生物產生影響。 這是一個很好的機會，因為所有動物都吃相同的食物，所以我們不必擔心基因通過食物選擇影響其微生物組等問題。 這是一個更簡單的系統。 "
亞伯拉罕帕爾默（Abraham Palmer）博士，加州大學聖地牙哥分香港龍城大藥房全部商品香港龍城大藥房必買商品香港龍城中西大藥房香港龍城藥房線上訂購香港龍城暢銷商品關於香港龍城大藥房香港龍城大藥房獨家資訊香港龍城大藥房折扣香港龍城大藥房配送方式校醫學院精神病學系基礎研究副主任
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第二個區域包含形成保護性黏液層的幾個基因，與厚壁菌門（Firmicutes）細菌相關。 第三個區域包括Pip基因（編碼抗菌肽）以及與鼠桿菌科（Muribaculaceae）（一種在啮齒動物和人類中都常見的細菌家族）相關。
基因的社會生活
儘管基因不會在個體間跳躍，但微生物可以。 研究發現，某些基因有利於特定的腸道細菌，這些細菌可以通過密切的社會接觸傳播。
“這是遺傳影響通過社會接觸溢出到他人的結果，”資深作者、基因組調控中心研究員阿梅莉博德（Amelie Baud）博士說。 “基因塑造腸道微生物組，我們發現重要的不僅僅是我們自己的基因。”
這項大規模研究使研究人員能夠估計每隻大鼠的微生物組有多少是由其自身基因解釋的，又有多少是由其籠友的基因解釋的。
這種現象的一個經典例子被稱為「間接遺傳效應」，即母親的基因通過她提供的環境塑造其後代的生長或免疫系統。
該研究的受控條件使研究人員能夠通過建立計算模型，將對個體微生物的直接影響與社會夥伴施加的間接影響分開，以一種全新的方式研究這些效應。
“由於本研究中的大鼠被分配給隨機的社會夥伴，我們消除了在人類中會遇到的所有問題，因為人類在很大程度上會選擇自己的社會夥伴，”帕爾默說。
研究人員發現，某些鼠桿菌科（Muribaculaceae）物種的豐度是由通過微生物交換在社會上傳播的遺傳效應塑造的。
考慮到這些間接的社會效應，在模型中，對於三個新發現的基因-微生物關聯，總遺傳影響增加了四到八倍。
“我們可能只發現了冰山一角，”博德指出，隨著分析方法的改進，可能會識別出更多的微生物。
對人類健康的啟示
通過證明遺傳影響可以與腸道微生物傳播相結合，這項工作揭示了一種新機制，即一個個體的遺傳可以波及整個社會群體，改變其他個體的生物學特性而不改變其DNA。 鑒於越來越多的證據表明腸道微生物組在健康中起著重要作用，如果在人類中發現類似效應，可能意味著過去的研究可能嚴重低估了基因對疾病風險的影響。
“儘管人類的細節與我們在大鼠中發現的不同，但這項研究指明瞭理解宿主和微生物基因如何共同作用產生微生物組參與的複雜疾病的機制的方向，這些疾病範圍從心血管疾病到肥胖再到阿爾茨海默病，”合著者、加州大學聖地牙哥分校兒科、生物工程和計算機科學與工程學系教授、微生物組創新中心主任羅布奈特（Rob Knight）博士說。
該研究的其他合著者包括：UCSD的
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鄧輝陳（Denghui Chen）、安東尼奧岡薩雷斯（Antonio Gonzalez）、托馬茲科西奧萊克（Tomasz Kosciolek）和奧克薩娜波列斯卡婭（Oksana Polesskaya）; 巴塞羅那科學技術研究所和龐佩烏法布拉大學（Universitat Pompeu Fabra）基因組調控中心的海倫通內勒（Helene Tonnele）; 龐佩烏法布拉大學的費利佩莫裡略（Felipe Morillo）、豪爾赫加西亞-卡列哈（Jorge Garcia-Calleja）和埃琳娜博什（Elena Bosch）; 格羅寧根大學的瑪律克揚邦德（Marc Jan Bonder）; 布法羅大學的安東尼 M喬治（Anthony M. George）、凱塔石岩（Keita Ishiwari）、康納 D馬丁（Connor D. Martin）、克裡斯托弗 P金（Christopher P. King）、喬丹 A特裡皮（Jordan A. Tripi）和傑里 B理查茲（Jerry B. Richards）; 田納西大學健康科學中心的文燕韓（Wenyan Han）、安吉爾加西亞馬丁內斯（Angel Garcia Martinez）、滕飛王（Tengfei Wang）和郝晨（Hao Chen）; 威斯康星醫學院的凱蒂霍爾（Katie Holl）; 密歇根大學的艾丹霍瓦特（Aidan Horvath）、亞歷山大 CC蘭帕雷利（Alexander C. C. Lamparelli）、特裡 E羅賓遜（Terry E. Robinson）、謝莉 B弗拉格爾（Shelly B. Flagel）和保羅 J邁耶（Paul J. Meyer）; 休斯頓大學的彼得 A多裡斯（Peter A. Doris）; 海德堡歐洲分子生物學實驗室的奧利弗斯特格勒（Oliver Stegle）; 以及維克森林大學醫學院的莉婭 C索爾伯格伍茲（Leah C. Solberg Woods）。
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